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          鼓風機變頻節能分析

          發布日期:2021年04月19日 信息來源:http://www.nb-huaqing.com/ 點擊數:

          近幾年,隨著電子技術的飛速發展,變頻調速技術得到了普遍推廣及應用。同時變頻技術也已從U/F比控制、電壓空間矢量控制,發展到無速度傳感器的直接轉矩控制(DTC)。功率開關器件從GTO、GTR、IG- BTJPM,發展到IGCT,變頻器的優點在各個領域應用中被充分地證實。

          在工業與民用鍋爐的節能控制中,也逐步引入了變頻調速技術,利用該技術對鍋爐輔機中的鼓(引)風機、水泵進行無級調速控制,得到了顯著的節能效果。

          鍋爐傳統控制的弊端

          鍋爐負荷由于存在隨季節或生產的周期性變化而差異較大,工業與民用鍋爐傳統控制手段存在如下缺陷:

          1)負荷低時,風量過大,造成空氣過量,系數及排煙溫度過高,使爐堂溫度高熱效率卻低,形成二高二低現象。

          2)由于輔機的轉速恒定,鍋爐負荷下降時,只能依靠調節管網中的風門或閥門來減少流量,此時風機或水泵本身的性能曲線雖然不變,但包括節流裝置在內的整個裝置效率明顯下降,且輔機造成大量的電能浪費。

          為克服上述缺陷,設計了燃燒自動控制系統,采用計算機控制模型和變頻調速技術,達到節能的目的。

          鍋爐燃燒自動控制系統

          3.1  送風自動調節

          當入煤量發生變化時,爐堂溫度與送風量有一極值關系。為了提高鍋爐熱效率,送風量與入爐煤量保持適當的比例,計算機控制模型中廣泛采用這種自尋最佳風煤化調節規律,示意圖見圖1所示。K1為風煤化系數。

          送風自動調節示意圖

          圖1送風自動調節示意圖

          3.2  負壓自動調節

          爐內壓力控制在微負壓狀態下,且能控制從爐堂到爐堂出口、對流管束、省煤器直到煙道出口的煙氣速度,從而控制各段熱量的分配和傳熱系數。圖2為爐堂負壓自動調節示意圖。

          負壓自動調節示意圖

          圖2負壓自動調節示意圖

          變頻調速的自控方式及節能理論依據

          4.1  變頻調速的自控方式

          1)  開環控制:適用在恒速輸出量不變條件下,其電路簡單、費用低,示意圖如圖1所示。

          開環控制方塊圖

          圖3開環控制方塊圖

          2)  閉環控制:適用在變速、輸出量變動條件下, 如圖2所示。

          閉環控制方塊圖

          圖4閉環控制方塊圖

          閉環控制要增加傳感器、調節器,投資及安裝量稍大,但能提高控制精度,可達≤1%,且閉環控制較開 環控制多節電5%?10%。在鍋爐輔機(風機、水泵)中均采用閉環控制。

          4.2 風機(泵)變頻調速節能的依據

          風機(水泵)負載轉矩與轉速的關系:

          風機(水泵)負載轉矩與轉速的關系

          式中:V—風機轉速n時的風量;Vo—風機轉速n時的風量;H―風機轉速n時的全壓;H0一風機轉速n0時的全壓;N一風機轉速n時的軸功率;N。一風機轉速n0時的軸功率;n一風機運行轉速;n0一風機基準(額定)轉速;ρ、ρ0一不同介質的密度。

          若忽略介質密度ρ的影響,則風機功率Nccn3,即風機功率和轉速立方成正比。同理,泵類軸功率也與其轉速立方成正比。若轉速n降為額定轉速的70%,則功率降低到34%。

          若電動機以定速運轉,用擋板(閥門)調節風(流) 量的方法,改為根據所需要的風(流)量而調節轉速的技術手段,會節約大量電能。鼓風機運轉特性見圖5所示。泵類的全揚程特性見圖6所示。功率特性見圖7所示。風機泵類其節電率見表1。

          鼓風機的運轉特性

          圖5鼓風機的運轉特性(風量、轉速一所需功率特性)

          泵的全揚程一流量特性

          圖6泵的全揚程一流量特性

          表1

          表1
          保護裝置的軟件模塊框圖

          圖4保護裝置的軟件模塊框圖

          能化故障診斷、可靠性高、功能性強以及調試、維護簡便和能實現集中和遠程控制等優點。

          微機式保護裝置的研制和應用不僅提高了電力變壓器運行的可靠性,同時對于實現企業供電系統運行和集中控制的自動化、智能化有著重要的意義和廣闊的應用前景。

          節能效果經濟分析

          下面以10T鍋爐為例,僅對其鼓引風機進行變頻調速控制。

          鼓風機30kW,引風機55kW,變頻器投資分別為 3萬與4萬元,共投資7萬元。若按調速后轉速為額定轉速的70%,每天運行16小時,每年按300個工作日計算,每度電按0. 6元,其節約的電費、電量如表2所示。一次性多投資回收期僅為(6.3*104)/161568(年),效益特別顯著。以上計算中,還未考慮去掉風門電動執行機構節省的投資、變頻后使鼓引風機軟起動、軟停止、工作電流降低使鼓引風機電動機壽命延長等帶來的經濟效益,如考慮以上因素,則綜合效益更加顯著,投資回收期更短。

          圖7功率特性

          功率特性

          表2

          表2

          在平方減轉矩負載(即功率Pccn3)中,特別是流體負載(風機、泵)中,推廣應用變頻調速技術有著顯著的經濟效益和廣闊的前景。功率開關器件IGBT具有快速的開關特性,配以矢量控制,且裝置模塊化,在低壓和小功率范圍內,幾乎取代了其它的調速裝置。近期集成門控晶閘管IGCT投入使用,其性能優于GTO、 IGBT,適用于中壓(3000V以上)、大功率的流體負載。在控制技術上也已發展到直接轉矩控制DTC。這些技術、器件的應用,應根據具體的負載及采用的目的(是節能還是調速)來具體實施。

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